某工程盾构机组装方案.docx
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某工程盾构机组装方案
第一章编制依据与原则
1.1编制依据
1北京地铁15号线（关庄站～望京西站）工程施工设计，施工图。
2盾构机设计加工图纸，盾构设备装箱清单
3《起重机械安全规程》（GB6067）
4《起重机用钢丝绳检验和报废实用规程》（GBT5972）
5《起重机设计规范》（GB3811）
6《重要用途钢丝绳》（GB8918）
7《工程建设安装起重施工规范》（HG20201）
8《建设工程安全生产管理条例》（国务院第393号令）
9《特种设备监察条例》（国务院3号令）
10《北京市建设工程施工现场管理办法》（政府令第72条）
11《危险性较大的分部分项工程安全管理办法》（建质[2009]87号）
12《北京市实施〈危险性较大的分部分项工程安全管理办法〉规定》（京建施﹝2009﹞842号）
13北京地铁十五号线九标工程关望区间结构施工图
14以往的盾构机组装经验
15德国DEMAGAC350型汽车吊、徐重QAY200型汽车吊使用说明书
1.2编制原则
1严格执行国家和北京市有关工程建设的各项方针、政策、规定和要求。
2遵守、执行招标文件各条款的具体要求，确保实现业主要求的工期、质量、安全、环境保护、文明施工和职业健康等各方面的工程目标。
3充分研究现场施工环境，妥善处理施工组织与周边接口问题，周密安排交通疏导，使施工对周边环境的影响最小化。
第二章
工程概况
2.1现场概况
北京地铁15号线西段隧道工程09标西起北关庄路和关庄西路交叉口东侧关庄站，东至地铁15号线望京西站，单线全长1850米，双向隧道均采用盾构法施工，计划采用两台盾构机进行左右线的施工,两台盾构机始发间隔为1个月。
盾构机始发站为关庄站，关庄站占地长90m，宽24.75m。
由于盾构始发时车站西段仍在进行结构施工，留给盾构机组装场地的面积较小，根据现场情况需对此次盾构机组装工作合理、安全、科学、精心的布置。
2.2设备概况
本工程采用的两台盾构机均为中铁隧道装备有限公司生产的CET6250土压平衡式盾构机，集团公司命名为电化先锋1号，电化先锋2号。
盾构机全长80m，总重500T，开挖直径6280mm，刀盘转速0-3rpm，最大推力3400T。
（盾构机图见附件二）
盾构机主要部件参数表:
序号
名称
长度（mm）
宽度（直径）（mm）
高度（mm）
重量（T）
备注
1
刀盘
1810
6280
6280
35
含刀具
2
前盾
3528
6250
6250
108
3
中盾
3315
6240
6240
80
含人仓
4
尾盾
3985
6240
6240
23
5
螺旋机
12598
750
1755
20
6
拼装机
5700
5048
3572
20
含行走梁
7
连接桥
12635
4880
3809
13
8
1号拖车
10989
4742.5
3944
26
9
2号拖车
10614.2
3941
3944
25
10
3号拖车
10316
3934
3944
22
11
4号拖车
10314.5
4021
3944
22
12
5号拖车
10314.5
4115
3944
13
13
6号拖车
7032
3915
3944
10
第三章组织机构
3.1组织机构
由于盾构机体积庞大，组装场地内可用面积较小，组装时间较长等因素，所以项目部成立以项目经理为组长的盾构机组装领导小组，全面监管整个吊组装工作的各个环节，并监督机电负责人、技术及安全负责人的日常工作。
机电负责人负责盾构机的组装、调试，技术负责人负责质量控制，安全负责人负责安全监督，以确保优质、安全地展开组装工作。
3.2人员分配
盾构机组装是盾构施工中较大的一项工序，需要各种专业人员多，整个组装过程中人员配备如下表所示：
序号
工种
人数
备注
1
机械、液压工程师
4人
2
电气工程师
4人
3
测量工程师
2人
4
土建工程师
2人
5
工长
4人
兼调度
6
专业吊装人员
6人
7
起重信号工
4人
8
电焊工
6人
9
电工
4人
10
材料供应人员
2人
11
安全员
2人
12
杂工
30人
注：
起重专业吊装人员和起重信号工由吊车租赁公司提供，电焊工要求中级以上，以保证焊接工作的质量，其它工种要求持证上岗。
第四章吊车、吊具选择和计算
根据盾构机的尺寸、重量和现场情况等条件，来确定吊车、吊具的参数，根据吊车、吊具的参数来模拟吊车站位等工况。
4.1吊耳的计算
盾构机刀盘、前、中、尾盾各焊接4个吊耳以便于盾构机吊装，此吊耳是盾构生产厂商在厂内焊接，吊耳计算由盾构机生产厂家进行计算（附件1）。
4.2钢丝绳的计算
盾构机单件最大重量为前盾108吨（以下计算均以前盾为对象进行计算），以前盾举例：
根据中铁装备制造提供的吊耳位置建立计算模型：
钢丝绳单根荷载：
P=Q×1.1/4cosα=108×1.1/4cos24˚=32.51（T）
式中：
P：
钢丝绳单根载荷；Q：
前盾动载荷重量；α：
钢丝绳与铅垂线的夹角。
主吊绳索：
6×37+1，Ф60.5mm，长7米，共四根，单股使用，公称抗拉强度为1700N/mm2时，破断拉力总和2320KN，绳扣破断拉力为266.5T，钢丝绳安全系数=266.5/32.51=8.19大于7，满足吊装规范安全要求。
辅吊绳索：
6×37+1，Ф60.5mm，长14米，共二根，单股使用，公称抗拉强度为1700N/mm2时，破断拉力总和2320KN，，安全系数大于7。
4.3卸扣的计算
此次吊装盾构机，选用了6个55T的“Ω”型美式卸扣连接盾构机前盾、中盾的起吊吊耳与起吊钢丝绳，设每个卸扣所承受的负荷为H’，则
H’=K1×Q÷4
式中K1：
动载系数取K1=1.1Q：
前盾的重量
则H’=K1×Q÷4=1.1×108÷4=29.7T<55T
因此所选用的6个该型号“Ω”型美式卸扣工作能力是足够的，可以使用。
4.4吊车选用计算
盾构机最重的部件为盾构机的前盾，前盾长3.528m，直径6.24m，重108T，所以吊车选用计算均以最重的前盾作为计算对象。
根据现场情况和以往盾构机的组装经验，初步选用DEMAGTEREXAC350吊车作为盾构机吊装时的主吊，徐州重工QAY200T吊车作为辅助吊车和一些工序的主吊。
以下计算针对于350T吊车和200T吊车进行复核验算。
4.4.1吊车选型
在吊装过程中，设吊车单机提升前盾所受的负荷为F’
F’=K1（Q+q）
式中K1：
动载系数1.1～1.3，此处取1.1；Q：
前盾重量为108T；q：
钩头及索具的重量，单机吊装时，一般取0.02Q
所以F’=K1（Q+q）=1.1×（108+0.02×108）=121.76T
本工程由于场地较小，不能满足履带吊车进行吊装作业的要求，计划采用全路面起重机吊装盾构机下井。
DEMAGTEREXAC350外形尺寸
DEMAGTEREXAC350配重142T起重性能表
幅度臂长
14.2m
18.9m
23.6m
28.3m
33m
6m
159T
159T
148T
--
--
7m
142T
142T
142T
121T
103T
8m
128T
128T
128T
115T
98T
9m
117T
117T
117T
110T
93T
10m
107T
107T
107T
104T
88T
徐工QAY200外形尺寸
徐工QAY200配重65T起重性能表
幅度臂长
13.8m
18.1m
22.5m
26.8m
31.2m
6m
114.7T
105T
92.5T
85T
72.5T
7m
97.4T
98.4T
84T
78T
68T
8m
84.2T
85.3T
73.5T
72.5T
63T
9m
73.8T
74.9T
68T
65.5T
57T
10m
65.4T
66.5T
61T
58T
53T
4.4.2吊装中心计算
根据现场情况，左右线吊车回转中心与最远的被吊物体放置中心均为8m。
吊车吊装站位示意图
4.4.3起重高度的计算
H≥H1+H2
式中：
H-吊车起升高度
H1-抬吊时盾构机前盾与地面倾斜45°角时高度（m）
H2-钢丝绳长度（m）
盾构机前盾直径6.24m，高3.528m，当盾构机前盾与地面倾斜45°角时，盾构机高度为7.282m，取H1=7.382m；
钢丝绳长H2=7m；
H≥14.382m
所以选用的起重机起升高度要大于14.382m。
4.4.3起重臂长度计算
根据吊装中心距被吊物体的距离和起升高度，算出在吊装前盾的过程中，吊臂的仰角tanα=14.383/8=1.7975，α≈63°
已知仰角为63°，计算吊车此时工况臂长：
l=m/cosα=8/0.454=17.62m，式中，l：
吊臂长度；m：
吊装中心距离；α：
吊臂仰角。
所以选取的起重机在吊装盾体时臂长须≥17.62m。
4.4.5地面承载力计算
地基承载力按起重最大量108t时计算，若起吊108t重物地基承载力满足要求，则其余均满足。
吊车自重72t，最大配重142t，
则支座反力最大值为：
F=（108+142+72）×10/4=805KN
吊车承力面积：
（支腿路基箱尺寸2.5m×2.5m）2.5m×2.5m=6.25m2。
最大地基承载力为：
P=825KN/6.25m2=128.8KPa
考虑安全系数2.5，则最大地基承载力为：
128.8×2.5=322KPa
吊装过程中，吊车的两条支座坐落在车站围护桩冠梁的中心上，另外两条支座坐落在硬化的地面上，车站围护桩的承载力完全可以满足承载力的要求，根据勘察报告，端头区域地层情况为，地下1.8m为粉土填土，其下部为粉土和粉质粘土，具有较好的承重能力。
其平均内摩擦角20°，粘聚力28kPa，容重约20.0kN/m³，经计算，其承载能力为448.5kPa>322kPa，故地面承受的荷载的能力满足盾构机吊装作业。
第五章
盾构机吊装工序
5.1盾构进场前的准备工作
5.1.1场地准备工作
盾构井周边清除吊装时的障碍，吊装场地硬化完成。
5.1.2风、水、电准备
（1）供风方案
压缩空气用于风动工具，用风采用移动式电动空压机v-0.6/7。
（2）供水方案
根据盾构机的技术参数可知，水用于盾构机的冷却系统、注浆系统等，工地提供Ф80的水管。
能够满足盾构调试。
（3）供电方案
根据盾构施工的生产、生活用电情况，在地面安装一台500kVA的箱式变压器，满足除盾构机以外的其他用电需求；盾构机配备10KV、容量2000KVA的施工用电。
5.1.3工地所需设备、工具、材料
根据相应的组装调试方案，需要的调试工具清单表，该设备清单在盾构机设备进场前必须完善。
安装调试过程中需要的工具（含电气组装工具）见下表：
序号
名称
型号规格
单位
数量
备注
1
电工工具
套
4
2
活动人梯
架
2
3
氧气、乙炔割具
套
4
4
小棘轮扳手
1/2英寸，19mm套筒
把
2
5
大棘轮扳手
1/2英寸、1英寸
把
各2
6
套筒
套
1
7
重型套筒
套
1
8
内六角扳手
英制
套
1
9
内六角扳手
十件套
套
2
10
内六角扳手
14mm、17mm、19mm、22mm、30mm
把
各2
11
开口扳手
＜42mm
套
2
12
开口扳手
≥42mm
套
1
13
梅花扳手
＜42mm
套
2
14
梅花扳手
≥42mm
套
1
15
开口扳手
英制
套
1
16
敲击扳手
36、41、42、46、50、55、60、
65、70（mm）
套
1
17
敲击梅花扳手
36、41、42、46、50、55、60、65、70（mm）
套
1
18
管钳
200、300、450、600、900
把
各1
19
链条管子钳
A型300、B型900
把
各1
20
扳牙
套
1
21
手拉葫芦
3吨、5吨、10吨和20吨
个
各2
22
8米扁平吊带
10吨
个
2
23
环形吊带
3吨、5吨
根
各2
24
卸扣
3吨、5吨、10吨、20吨
个
各4
25
油压千斤顶
3.2t、5t、10t、16t、50t
个
各2
26
螺旋千斤顶
50吨
个
2
27
角磨机
SIM-100B、SIM-125
把
各2
28
角磨机
SIM230B
把
2
29
钢丝绳
Φ16mm×5m、Φ16mm×10m
根
各2
30
钢丝绳
Φ20mm×20m
根
2
31
钢丝绳
Φ12mm×10m
根
4
32
气割设备
套
4
33
风动扳手
个
2
34
铜棒
个
2
5.1.4加工件准备
始发架、反力架的准备。
连接桥支撑架的准备和加工：
连接桥支撑点，放在专用的行走支撑架。
加工轨枕，用于车站内后配套台车轨道和运输车轨道的铺设。
5.1.5其它工作
安装楼梯：
在车站始发井出入口内安装扶梯和护栏。
砂浆搅拌设备的安装：
在地面安装砂浆搅拌设备。
充电区域的修建。
5.2基座的铺设
在盾构始发前须将盾构机基座事先铺设固定在始发井内，基座的中线与盾构隧道的中线须重合，基座吊装放置在始发井，微调基座位置，使之中线与隧道中线重合，待重合后将基座焊接固定在盾构始发井的预埋件上。
基座摆放图
5.3吊装工序
盾构机吊组装工序如图所示：
5.3.1台车、螺旋下井
车站结构侧墙距盾构机台车的摆放中线是2150mm，所以左线、右线的盾构机台车上所有设备都必须移动至2150mm界限内，牵扯到的设备有：
连接桥走道板、同步注浆设备、操作室、台车走道板、高压电缆卷盘，所以须将这些设备在台车还未吊装时移动到2150mm界限内。
台车的台车吊装采用200T汽车吊吊装，为满足吊装时可能某个位置障碍、台车的体积大、在空中的摆度大、抖动大的问题。
用4根长度相等的钢丝绳将台车自带的四个吊耳吊起，在起吊时应该试吊，保证绝对安全才可以起吊，起吊后的台车保持水平。
台车与钢丝绳线夹角约为60°，汽车吊缓慢下钩，使台车就位，当台车与钢轨接触后用电瓶车把它后移到适当的位置，用防滑楔楔住。
先把第六号台车吊下井,接着把第五号台车吊下井并用电瓶车后移到六号台车的位置，并把第六号台车与第五号台车用销子联接好，依次类推吊装第四、三、二、一号台车（图），台车到位后安装台车连接板和管线。
其中连接桥长度较长，须用两台吊车抬吊倾斜一定角度才能下井（图）。
台车在下井过程中用揽风绳控制方向，防止台车与车站结构发生碰撞。
右线的台车组装和右线稍不同，由于场地限制，左线在始发阶段计划暂时使用4节台车，即五、六号台车暂时放在地面，将在五号台车的出土电机移至四号台车进行固定安装。
待始发阶段完毕，拆除负环后，再将台车吊装下井，用电瓶车牵引至四号台车位置进行二次组装。
台车摆放图
螺旋机用2根钢丝绳将螺旋输送机吊起，用牵引绳捆绑住螺旋输送机，以井口对角线的方向吊装下井，在下井过程中防止碰撞，下井位置到运输小车后，固定在运输小车上，然后运输至台车内，待螺旋机安装时推出安装（图）。
台车吊装图
连接桥吊装图
螺旋吊装图
5.3.2前盾下井
350吨汽车吊用4根钢丝绳与前盾上的内侧身的4个吊点连接，200吨汽车吊用2根钢丝绳与外侧身的两个吊点连接，350吨汽车吊主钩慢慢起绳，200吨汽车吊钩慢慢落绳，前盾始终与地面距离为500mm。
翻转完成后，350吨通过转臂、落绳将前盾放在始发架上。
前盾落在距开挖掌子面2000mm处，以便安装刀盘。
下井过程中用揽风绳控制方向，防止碰撞（图）。
盾体翻身示意图
盾体翻身示意图
前盾吊装图
5.3.3中盾下井
中盾下井的方式与前盾一样。
350吨汽车吊用4根钢丝绳与中盾上的内侧身的4个吊点连接，200吨汽车吊2根钢丝绳与外侧的两个吊点连接，350吨汽车吊主钩慢慢起绳，200吨汽车吊慢慢落绳，中盾始终与地面距离为500mm。
翻转完成后，350吨汽车吊通过转臂、落绳。
在下井过程中用揽风绳控制方向，防止碰撞。
待中盾放在靠近始发架时，缓慢转臂，绕过前盾驱动电机，向前盾法兰安装面靠近。
当达到一定距离时，将中盾放在始发架上。
在中盾后部焊接止推板，利用液压泵站千斤顶将前盾与中盾法兰盘用螺栓连接在一起。
（图）
中盾吊装图
5.3.4刀盘的安装
刀盘地上翻转需350吨吊车，并还需一台200吨吊车配合。
刀盘立起后，200吨吊车撤钩，主要采用350吨汽车吊下井。
刀盘下井后，将其慢慢靠向前盾，刀盘定位销对准前盾主驱动定位孔，在土舱里焊接两个耳环，用两个2t的导链拉住刀盘，把前盾和刀盘的螺栓孔位及定位销完全对准后，再穿入螺栓，预紧完毕后，再用液压扭矩扳手复紧一遍。
（组装螺栓必须装配图按规定进行检测其扭矩。
下井过程注意不要碰到挡土墙，缓慢下落。
刀盘吊装图
5.3.5拼装机的安装
拼装机重20T，用3根钢丝绳和一个10T倒链与拼装机行走梁的吊点连接，吊车通过转臂、落绳动作靠近中盾的安装面，当吊车将拼装机靠近安装面时，用倒链微调拼装机行走梁的水平角度，将拼装机靠近中盾的安装面，待到位后用螺栓与中盾安装面进行连接。
在下井过程中用揽风绳控制方向，防止碰撞。
拼装机安装图
5.3.6盾尾的安装
350吨吊车用4根钢丝绳与盾尾上部的吊点连接，200吨吊车2根钢丝绳与盾尾内部两个吊点连接，使盾尾倾斜一定角度，吊车通过转臂、落绳动作将盾尾放置井内，在盾尾后焊接止推块，利用液压千斤顶将盾尾镶嵌至中盾内，安装铰接千斤顶。
下井过程中用牵引绳与其连接，防止下井过程中发生碰撞。
盾尾吊装图
5.3.7螺旋的安装
把螺旋输送机推到起吊位置，吊车按螺旋输送机的自身前后两个吊点，基本按螺旋输送机组装的角度21.5°吊起来，缓慢的从拼装机的内圆斜插入，到一定的吊装位置解掉前吊点，再用导链吊住螺旋输送机的前端的位置缓慢拉到前盾螺旋输送机法兰位置，把螺旋输送机的法兰和前盾的法兰螺栓孔位及定位销（机械装备图要求尺寸）完全对准后，再穿入拉伸预紧螺栓，按拉伸力由低到高分两次预紧螺栓（连接螺栓必须依照装配图按规定进行检测其扭矩），预紧完毕后，再用预紧专用工具（液压扭矩扳手）复紧一遍。
螺旋安装图
5.3.8后配套台车的连接
待主机部分完全组装好后，用倒链将后配套台车拉向主机部分连接，连接完毕后可以进行管线的连接。
后配套连接图
5.3.8.1液压管线连接：
连接盾体内和拖车上的油、气、水、泥浆等管线，管路接口处均有圆标识牌，绑在管口两头，可参考管路分布图。
拆除绑带、封口，严格按图纸和标识连接管路，清洗液压系统。
5.3.8.2电气线缆连接：
连接盾体内和台车上的电气线缆。
电气线路在装机时已做好充分标识，装机时应结合电气图纸严格按标识进行连接。
连接好后需由电气工程师进行复查。
5.3.8.3皮带架的安装、皮带铺设、皮带粘接：
在地面拖车吊入井下的过程中，进行拖车上的皮带架的安装，之后铺设皮带，并在接口处对皮带进行粘接。
5.3.8.4盾构机高压电缆：
高压电缆采用200米一卷电缆，直接从地面高压柜接入盾构机高压中转箱，然后接入盾构机自带变压器。
第六章
起重吊装突发事件应急预案
6.1组织机构及职责
6.1.1应急抢救领导小组
项目部成立后即成立以项目经理为组长的应急救援领导小组其人员组成如下：
组长：
副组长：
成员：
6.1.2领导小组主要职责
（1）项目领导在接到事故报告后，应首先组织有经验的突击队员进行抢救。
若事态情况严重，难以控制和处理，应立即在自救的同时向专业救援队伍求救，并密切配合救援队伍。
同时报告给监理和建设单位、集团公司及地方政府，并视事故的严重程度报上级单位。
（2）疏通事故发生现场道路，保证救援工作顺利进行；疏散人群到安全地带。
（3）在急救过程中，遇到威胁人身安全情况时，应首先确保人身安全，迅速组织脱离危险区域或场所后，再采取急救措施。
（4）现场组织制定并实施高处坠落事故的应急救援工作；
（5）统一调配救援设备、人员、物资、器材；
（6）适时批准启动救援预案和终止紧急状态；
（7）负责应急救援工作的信息发布工作；
（8）紧急事故处理结束后，部门负责人应填写记录，并召集相关人员研究防止事故再次发生的对策。
（9）负责对高处坠落事故安全控制的应急处理工作的检查和指导。
6.2应急救援事故的预防与预警
6.2.1事故的预防
根据其可能导致事故的途径取有针对性的预防措施避免事故发生，各项预防措施必须落实到部门和个人。
根据现场吊装实际情况，特制定以下安全注意事项：
（1）吊车司机
A、起重机司机专门训练,经有关部门考核合格,发给合格证,方准上岗操作,严禁无证人员操作起重设备。
B、进行起重作业前,起重机司机必须检查各部装置是否正常,钢缆是否符合安全规定,制定器、液压装置和安全装置是否齐全、可靠、灵敏，严禁起重机各工作部件带病运行。
C、与指挥人员密切配合，服从指挥人员的信号指挥。
操作前必须先鸣喇叭。
如发现指挥信号不清或错误时，司机有权拒绝执行；工作中，司机对任何人发出的紧急停车信号，必须立即服从，待消除不安全因素后，方能继续工作。
（2）指挥人员
A、指挥信号要事先向起重机司机交待清楚，如遇操作过程中看不清指挥信号时，应设中转助手，准确传递信号。
B、指挥手势要清晰，信号要明确，不准带手套指挥。
C、起吊物件，应先检查捆缚是否牢固，绳索经过有棱角、快口处应设衬垫，吊位重心要准确，不许物件在受力后产生扭、曲、沉、斜等现象。
D、在所吊物件就位固定前，起重机司机不得离开工作岗位，不准在索具受力或起吊物悬空的情况下中断工作。
E、当起重机司机因物件超重拒绝起吊时，指挥人员应采取措施，设法减轻起重机超重负荷，严禁强化指挥起重机超负荷作业。
（3）起重机作业的一般规定
A、起重机作业时的臂杆仰角，一般不超过78°，臂杆的仰角过大，易造成起重机后倾或发生将构件拉斜的现象；不得小于30°，起重机在吊有载荷的情况下应尽量避免吊臂的变幅，绝对禁止在吊荷停稳妥前变换操作杆。
起重机作业后要将臂杆降至40°～60°之间，并转至顺风方向，以减少臂杆的迎风面积，防止遇大风将臂杆吹向后仰，发生翻车和折杆事故。
B、大型起重吊装作业前应详细勘察现场，按照工程特点及作业环境编制专项方案，并经企业技术负责人审批，其内容包括：
现场环境及措施、工程概况及施工工艺、起重
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